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TC4鈦合金的材料特點及焊接性能

來源:鈦棒,鈦板,鈦合金,鈦管,鈦絲,鈦設備 發布時間:2012-8-25 13:34:59

(一)鈦合金的材料特點:密度小(約4.5g/cm3),抗拉強度高(441~1470MPa),即比強度大(強度/密度)大。在海水及大多數酸、堿、鹽介質中均具有較優良的抗腐蝕性能。


(二)鈦合金的焊接性能,具有許多顯著特點,這些焊接特點是由于鈦合金的物理化學性能決定的。


1. 氣體等雜質污染引起焊接接頭脆化


     在常溫下,鈦及鈦合金是比較穩定的。但在焊接過程中,液態熔滴和熔池金屬具有強烈吸收氫、氧、氮的作用,而且在固態下,這些氣體已與其發生作用。隨著溫度的升高,鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升,大約在250℃左右鈦開始吸收氫,從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮,這些氣體被吸收后,將會直接引起焊接接頭脆化,是影響焊接質量的極為重要的因素。


  (1)氫是影響


氫是氣體雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。焊縫含氫量變化對焊縫沖擊性能影響最為顯著,其主要原因是隨縫含氫彈量增加,焊縫中析出的片狀或針狀TiH2增多。TiH2強度很低,故片狀或針狀衛HiH2的作用例以缺口,合沖擊性能顯著降低;焊縫含氫量變化對強度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。


  (2)氧的影響


   焊縫含氧量基本上是隨氬氣中含氧量增加而直線上升的隨焊縫含氧量上升,焊縫的硬度和抗拉強度明顯增加,而塑性卻顯著降低。為了保證焊接接頭的性能,在焊接過程中應嚴防焊縫及焊接熱影響區發氧化。


  (3)氮的影響
在700℃以上的高溫下,氮和鈦發生劇作用,形成脆硬的氮化鈦(TiN)而且氮與鈦形成間隙固溶體時所引起的晶格歪挪程度,比等量的氧引起的后果更為嚴重,因此,氮對提高工業純鈦焊縫的抗拉強度、硬度,降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。當焊縫含氮量在0.13%以上是,焊縫由于過脆而產生裂紋。
  (4)碳的影響
   碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質,實驗表明,當碳含量為0.13%以下時,碳因深在α鈦中,焊縫強度極限有些提高,塑性有些下降,但不及氧氮的作用強烈。但是當進一步提高焊縫含碳量時,焊縫卻出現網狀TiC,其數量隨碳含量增高而增多,使焊縫塑性急劇下降,在焊接應力作用下易出現裂紋。當焊縫含碳量為0.55%時,焊縫塑性幾乎全部消失而變成非常脆的材料。焊后熱處理也無法消除此種脆性。我國技術條件規定,鈦合金母材的含碳量不大于0.1%,焊縫含碳量不超過母材含碳量。


2.鈦合金焊縫缺陷及產生機理

   大約在250℃左右鈦開始吸收氫,從400℃開始吸收氧,從600℃開始吸收氮,而空氣種含有大量氮和氧。在進行鈦合金焊接時,因氬弧焊槍形成的氬氣氣體保護層只能保護好焊接熔池不受空氣的有害作用,而對已凝固而處于高溫狀態附近的焊縫及其附近區域則無保護作用,而處于這種狀態的鈦管焊縫及其附近的區域仍有很強的吸收空氣中的氮及氧的能力。隨氧化程度逐步加重,鈦合金焊縫顏色發生變化及焊縫塑性下降的規律。銀白色(無氧化),金黃色(TiO,輕微氧化),藍色(Ti2O3 ,氧化稍為嚴重),灰色(TiO2,氧化嚴重)。

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